JPWO2007060876A1 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
アノード電極およびカソード電極が大面積化したときに生じる電極の撓みにかかわらず良好な成膜性を得ることのできるプラズマ処理装置を提供する。プラズマ処理装置１００は、チャンバー１５とガス導入部２８と排気部２９と高周波電源部３０とを備えている。チャンバー１５内には、平板状アノード電極（第１電極）４と、平板状カソード電極（第２電極）１２と、両電極４・１２を互いに平行にかつ摺動可能に支持する第１支持体６・第２支持体５とが配置されている。カソード電極１２はアノード電極４に対向して設けられている。アノード電極４およびカソード電極１２はそれぞれ、第１支持体６および第２支持体５の上に載置されているだけで、ネジ留めなどによる固定はされていない。アノード電極４とカソード電極１２とが自重で自由に撓むときの撓み量は同一であり、両電極４・１２の最大撓み量も同一となる。Provided is a plasma processing apparatus capable of obtaining a good film forming property regardless of the bending of an electrode which occurs when an anode electrode and a cathode electrode have a large area. The plasma processing apparatus 100 includes a chamber 15, a gas introduction unit 28, an exhaust unit 29, and a high frequency power supply unit 30. In the chamber 15, a plate-like anode electrode (first electrode) 4, a plate-like cathode electrode (second electrode) 12, and a first support body that supports both the electrodes 4, 12 slidably in parallel with each other. 6. A second support 5 is arranged. The cathode electrode 12 is provided to face the anode electrode 4. The anode electrode 4 and the cathode electrode 12 are only placed on the first support 6 and the second support 5, respectively, and are not fixed by screwing or the like. The amount of bending when the anode electrode 4 and the cathode electrode 12 are freely bent by their own weight is the same, and the maximum amount of bending of both electrodes 4 and 12 is also the same.
Description
この発明は、半導体薄膜を製造するためのプラズマ処理装置およびこれを用いたプラズマ処理方法に関し、さらに詳しくは、反応ガスが導入される反応室を利用するプラズマ処理装置およびこれを用いるプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for manufacturing a semiconductor thin film and a plasma processing method using the same, and more particularly to a plasma processing apparatus using a reaction chamber into which a reactive gas is introduced and a plasma processing method using the same. .
従来、この種のプラズマ処理装置としては、プラズマ化学技術におけるエッチングあるいは蒸着の均一性を改善するようにしたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。 Conventionally, as this type of plasma processing apparatus, an apparatus that improves the uniformity of etching or vapor deposition in plasma chemical technology is known (see, for example, Patent Document 1).
また、半導体薄膜の製造に使用されるプラズマＣＶＤ装置は一般に、対にして配置・支持されるカソードおよびアノードを備え、平板状のカソードおよびアノードのいずれか一方に高周波電力を印加する装置を備え、さらに、薄膜を形成するための反応ガスの供給装置を備えてなる。そして、このプラズマＣＶＤ装置では、カソードとアノードとの間に反応ガスを供給しながら高周波電力を印加してプラズマを発生させることで、カソードとアノードとの間に設置された基板の表面に薄膜を形成する。 A plasma CVD apparatus used for manufacturing a semiconductor thin film generally includes a cathode and an anode arranged and supported in pairs, and a device for applying high-frequency power to either the flat cathode or the anode, Furthermore, a reactive gas supply device for forming a thin film is provided. In this plasma CVD apparatus, a thin film is formed on the surface of a substrate placed between the cathode and the anode by generating a plasma by applying a high frequency power while supplying a reaction gas between the cathode and the anode. Form.
このカソードとアノードとの間隙は電極間距離と呼ばれている。電極間距離には、プラズマを効果的に発生させることのできる一定の範囲がある。この範囲において電極間距離は制御されるが、その制御の精度はできるだけ高いことが望ましい。そして、電極間距離の制御は、一般には電極間距離に対して１／１００のオーダーで、すなわち電極間距離の１％程度の精度で行われる。また、電極間距離の制御の方法は、電極であるカソードおよびアノードの剛性をそれらの大きさに対して十分に確保して、配置されたカソードおよびアノードに撓みを生じさせないようにすることにより行われる。 This gap between the cathode and the anode is called the interelectrode distance. The distance between the electrodes has a certain range in which plasma can be effectively generated. Although the distance between the electrodes is controlled in this range, it is desirable that the accuracy of the control be as high as possible. The interelectrode distance is generally controlled on the order of 1/100 of the interelectrode distance, that is, with an accuracy of about 1% of the interelectrode distance. In addition, the distance between the electrodes is controlled by ensuring that the cathode and anode, which are electrodes, have sufficient rigidity with respect to their sizes so that the arranged cathode and anode do not bend. Is called.
しかしながら、従来の技術では、電極の大型化に伴って基板が大型化した場合には電極の剛性が不十分になり、所望の電極間距離精度を確保することができず、プラズマ処理を行ったときに良好な成膜性が得られないという問題がある。また、所望の電極間距離精度を確保するために電極剛性をいっそう上げることも可能であるが、その場合には、電極の厚さが増大することや電極の支持部の大型化などに伴ってプラズマＣＶＤ装置が大型化するという問題がある。 However, in the conventional technique, when the substrate is enlarged with the enlargement of the electrode, the rigidity of the electrode becomes insufficient, and the desired inter-electrode distance accuracy cannot be ensured, and the plasma treatment is performed. There is a problem that sometimes good film formability cannot be obtained. In addition, it is possible to further increase the electrode rigidity in order to ensure the desired inter-electrode distance accuracy, but in that case, as the thickness of the electrode increases or the support portion of the electrode becomes larger, etc. There is a problem that the plasma CVD apparatus is increased in size.
この発明の課題は、平板状の電極であるアノードおよびカソードが大面積化したときに生じる電極の撓みにかかわらず良好な成膜性を得ることのできるプラズマ処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of obtaining a good film forming property regardless of the bending of the electrode which occurs when the anode and cathode, which are flat electrodes, are enlarged in area.
この発明の１つの観点によれば、反応室と、反応室に反応ガスを導入するガス導入部と、反応室から反応ガスを排気する排気部と、反応室内に支持された平板状の第１電極および第２電極と、第１電極および第２電極を対向状に支持する第１支持体および第２支持体とを備え、第１電極および第２電極は、第１支持体および第２支持体により支持された状態におけるそれぞれの自重による最大沈下処理である最大撓み量が互いに同一になるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a reaction chamber, a gas introduction portion for introducing a reaction gas into the reaction chamber, an exhaust portion for exhausting the reaction gas from the reaction chamber, and a flat plate-shaped first member supported in the reaction chamber. An electrode and a second electrode, and a first support and a second support that support the first electrode and the second electrode in a facing manner, the first electrode and the second electrode being a first support and a second support Provided is a plasma processing apparatus configured to have the same maximum deflection amount, which is the maximum sinking process due to its own weight in a state of being supported by a body.
この発明によるプラズマ処理装置にあっては、平板状の第１電極および第２電極が大面積化したときに生じる電極の撓みにかかわらず、簡便な構造で大面積の基板の表面に均一な半導体薄膜を得ることができる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, a uniform semiconductor is formed on the surface of a large-area substrate with a simple structure, regardless of the bending of the electrodes that occurs when the planar first electrode and the second electrode are increased in area. A thin film can be obtained.
１・・・基板
２・・・シャワープレート
３・・・裏板
４・・・アノード電極
５・・・第２支持体
６・・・第１支持体
７・・・トレー
８・・・扉部
９・・・本体部
１０・・・プラズマ励起電源
１１・・・インピーダンス整合器
１２・・・カソード電極
２０・・・排気管
２１・・・真空ポンプ
２２・・・圧力制御器
２３・・・反応ガス管
２４・・・加熱器
２５・・・熱電対
２６・・・接地線
２７・・・電力導入端子
２８・・・ガス導入部
２９・・・排気部
３０・・・高周波電源部DESCRIPTION OF
この発明によるプラズマ処理装置は、例えば第１電極および第２電極の形状、大きさおよび材質を互いに同一とすることで、第１電極の自重による最大沈下距離である最大撓み量と第２電極の自重による最大沈下距離である最大撓み量とが同一となる。なお、この明細書（特許請求の範囲を含む）において、第１電極および第２電極の「形状、大きさおよび材質が互いに同一」であるとは、両電極の、主として平面形状、平面寸法、厚さおよび基本的材質が、基板の表面に所望特性の半導体薄膜を形成する観点において実質的に差異がないことをいう。また、第１電極および第２電極の「最大撓み量が互いに同一」であるとは、所定状態に配置された両電極がそれらの剛性に応じて自重により撓んで一定距離だけ沈下するときに、最大沈下距離である最大撓み量どうしが、基板の表面に所望特性の半導体薄膜を形成する観点において実質的に差異がないことをいう。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, for example, by making the shape, size and material of the first electrode and the second electrode the same, the maximum deflection amount which is the maximum settling distance due to the weight of the first electrode and the second electrode The maximum amount of deflection, which is the maximum settlement distance due to its own weight, is the same. In this specification (including claims), “the shape, size and material of the first electrode and the second electrode are the same as each other” means that the two electrodes mainly have a planar shape, a planar dimension, This means that the thickness and basic material are not substantially different from the viewpoint of forming a semiconductor thin film having desired characteristics on the surface of the substrate. In addition, “the maximum amount of deflection is the same as each other” of the first electrode and the second electrode means that when both electrodes arranged in a predetermined state are bent by their own weight according to their rigidity and sink for a certain distance. The maximum amount of deflection, which is the maximum subsidence distance, means that there is substantially no difference in terms of forming a semiconductor thin film having desired characteristics on the surface of the substrate.
また、第１電極および第２電極は、中空構造にすることができる。その場合には、中空部分に、反応ガスの流路を設けることができ、あるいは電極加熱用ヒーターを設置することができる。 Further, the first electrode and the second electrode can have a hollow structure. In that case, a reaction gas flow path can be provided in the hollow portion, or an electrode heating heater can be provided.
さらに、第１電極および第２電極は、限定的範囲で移動させることができるように例えば周辺部で支持される。このことによって、第１電極および第２電極には自重による自由撓みが発生し、前記の構成上の特徴によって両電極の最大撓み量が同一になる。 Furthermore, the first electrode and the second electrode are supported, for example, at the periphery so that they can be moved within a limited range. As a result, free deflection due to its own weight occurs in the first electrode and the second electrode, and the maximum deflection amount of both electrodes becomes the same due to the above structural features.
第１電極および第２電極は、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属板を使用することができる。そして、これらの金属板に所定焼き鈍し温度で焼き鈍し処理を行うと、機械加工などに起因する金属板の残留歪みが除去されて、両電極に同一の最大撓み量が得られる。 For the first electrode and the second electrode, for example, a metal plate such as stainless steel or aluminum alloy can be used. When these metal plates are annealed at a predetermined annealing temperature, residual strain of the metal plates due to machining or the like is removed, and the same maximum deflection amount is obtained for both electrodes.
このときの最大撓み量、すなわち最大沈下距離は、電極間距離（第１電極と第２電極との距離）の１％以上であるのが好ましい。電極間距離の１％に満たないときには、両電極の最大撓み量を比較してこれらが同一になるように両電極を配置する作業が困難であるからである。プラズマ処理による成膜を行う基板は、第１電極および第２電極の撓みに沿うようにその基板を撓ませて薄膜の形成を行う。この場合、基板にはガラス基板等を使用する。 The maximum amount of deflection at this time, that is, the maximum sinking distance is preferably 1% or more of the interelectrode distance (distance between the first electrode and the second electrode). This is because when the distance between the electrodes is less than 1%, it is difficult to arrange the electrodes so that the maximum deflection amounts of the electrodes are compared to make them the same. A substrate on which film formation is performed by plasma treatment is performed by bending the substrate along the bending of the first electrode and the second electrode to form a thin film. In this case, a glass substrate or the like is used as the substrate.
また、基板の取り扱いを簡単にするため、ガラス等の材質からなる基板をアルミニウム合金等でできた薄板状トレーの上に設置し、基板およびトレーを第１電極および第２電極の撓みに沿うように撓ませて、プラズマ処理による成膜を実施することもできる。 Further, in order to simplify the handling of the substrate, the substrate made of a material such as glass is placed on a thin plate tray made of aluminum alloy or the like so that the substrate and the tray follow the bending of the first electrode and the second electrode. The film can also be formed by plasma treatment.
この発明によるプラズマ処理装置は、例えば、プラズマＣＶＤ法によってシリコン系薄膜を製造するのに用いられる。 The plasma processing apparatus according to the present invention is used, for example, for manufacturing a silicon-based thin film by a plasma CVD method.
シリコン系薄膜としては、例えば、シリコンを主成分とする結晶質から非晶質までの薄膜を挙げることができる。反応ガスとしては、シリコン元素を含有するガスを用いることができる。具体的には、反応ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などを用いることができ、これらのシラン、ジシランを水素（Ｈ2）やヘリウム（Ｈｅ）などで希釈してもよい。Examples of the silicon-based thin film include thin films from crystalline to amorphous mainly composed of silicon. As the reaction gas, a gas containing silicon element can be used. Specifically, silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), or the like can be used as a reaction gas. Even if these silanes and disilanes are diluted with hydrogen (H 2 ), helium (He), or the like. Good.
また、この発明によるプラズマ処理装置で製造されるシリコン系薄膜には、他にも炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜、窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜、酸化ケイ素（ＳｉＯ）膜、ＳｉＧｅ膜などが挙げられる。 In addition, examples of the silicon-based thin film manufactured by the plasma processing apparatus according to the present invention include a silicon carbide (SiC) film, a silicon nitride (SiN) film, a silicon oxide (SiO) film, and a SiGe film.
炭化ケイ素膜を製造する場合には、反応ガスとしてシリコン元素を含有するガスの他に、炭素元素を含有するＣＨ4、Ｃ2Ｈ6などのガスを同時に導入する。窒化ケイ素膜を製造する場合には、反応ガスとしてシリコン元素を含有するガスの他に、窒素元素を含有するＮＨ3、ＮＯなどのガスを同時に導入する。酸化ケイ素膜を製造する場合には、反応ガスとしてシリコン元素を含有するガスの他に、酸素元素を含有するＮＯ、ＣＯ2などのガスを同時に導入する。ＳｉＧｅ膜を製造する場合には、反応ガスとしてシリコン元素を含有するガスの他に、ゲルマニウム元素を含有するＧｅＨ4などのガスを同時に導入する。When producing a silicon carbide film, a gas such as CH 4 or C 2 H 6 containing a carbon element is simultaneously introduced in addition to a gas containing a silicon element as a reaction gas. In the case of manufacturing a silicon nitride film, a gas such as NH 3 or NO containing a nitrogen element is simultaneously introduced in addition to a gas containing a silicon element as a reaction gas. When manufacturing a silicon oxide film, gases such as NO and CO 2 containing an oxygen element are simultaneously introduced in addition to a gas containing a silicon element as a reaction gas. In the case of manufacturing a SiGe film, a gas such as GeH 4 containing a germanium element is simultaneously introduced in addition to a gas containing a silicon element as a reaction gas.
さらに、これらのシリコン系薄膜には導電性を制御するために不純物を導入させてもよく、ｎ型とする場合にはＰＨ3などの、ｐ型とする場合にはＢ2Ｈ6などの不純物元素を含有するガスを同時に導入する。Furthermore, impurities may be introduced into these silicon-based thin films in order to control conductivity. When n-type is used, impurities such as PH 3 are used, and when p-type is used, impurities such as B 2 H 6 are used. A gas containing an element is introduced at the same time.
この発明によるプラズマ処理装置において、反応室としては、少なくとも内部を真空に排気することのできるものを用いることができる。このような反応室は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金などで製作することができ、２以上の部材で構成する場合には、嵌合部にＯリングなどを用いて完全に密閉できる構造とすることが好ましい。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, as the reaction chamber, a chamber capable of exhausting at least the inside to a vacuum can be used. Such a reaction chamber can be made of, for example, stainless steel, an aluminum alloy, or the like. When the reaction chamber is composed of two or more members, the reaction chamber can be completely sealed using an O-ring or the like. It is preferable.
この発明によるプラズマ処理装置において、ガス導入部としては、例えば、プラズマＣＶＤ装置において慣用的に用いられているものを用いることができるが、特にこれらに限定されない。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, as the gas introducing unit, for example, those conventionally used in plasma CVD apparatuses can be used, but are not particularly limited thereto.
この発明によるプラズマ処理装置において、排気部としては、例えば、真空ポンプ、反応室と真空ポンプとを接続する排気管、排気管の途中に設けられた圧力制御器などで構成されたものを用いることができる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, as the exhaust part, for example, a vacuum pump, an exhaust pipe connecting the reaction chamber and the vacuum pump, a pressure controller provided in the middle of the exhaust pipe, or the like is used. Can do.
この発明によるプラズマ処理装置において、第１電極および第２電極の間に高周波電力を印加するための高周波電源部が設けられる。この高周波電源部としては、例えば、プラズマ励起電源およびインピーダンス整合器などから構成されたものを用いることができる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, a high frequency power supply unit for applying high frequency power between the first electrode and the second electrode is provided. As this high-frequency power supply unit, for example, a unit composed of a plasma excitation power supply and an impedance matching device can be used.
この発明によるプラズマ処理装置において、第１電極および第２電極としては、平板状であってステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの耐熱導電性材料からなるものを用いることができる。第１電極および第２電極の形状、大きさおよび材質は同一であるのが好ましく、また、機械加工などで加工歪みが残留している場合には、焼き鈍し処理によって残留歪みを除去するのが好ましい。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, as the first electrode and the second electrode, a flat plate made of a heat-resistant conductive material such as stainless steel, aluminum alloy, or carbon can be used. The shape, size, and material of the first electrode and the second electrode are preferably the same, and when machining strain remains due to machining or the like, it is preferable to remove the residual strain by annealing treatment. .
第１電極は例えば、中空構造を有し、ヒーターを内蔵したアノード電極であってもよく、第２電極は例えば、中空構造を有し、第１電極との対向面に多数の孔を有するカソード電極であってもよい。 The first electrode may be an anode electrode having a hollow structure and having a built-in heater, for example, and the second electrode may be a cathode having a hollow structure and having a number of holes on the surface facing the first electrode, for example. It may be an electrode.
この発明によるプラズマ処理装置において、第１支持体および第２支持体は、第１電極および第２電極を重力方向に対して直交するように、すなわち両電極が水平になるように、支持してもよい。このような構成において、例えば第１電極および第２電極がほぼ方形である場合に、第１支持体および第２支持体は、第１電極および第２電極の各４隅を支持する４つの分割支持片からそれぞれなっていてもよい。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the first support and the second support support the first electrode and the second electrode so as to be orthogonal to the direction of gravity, that is, both the electrodes are horizontal. Also good. In such a configuration, for example, when the first electrode and the second electrode are substantially square, the first support and the second support are divided into four parts that support the four corners of the first electrode and the second electrode. Each may consist of a support piece.
第１支持体および第２支持体が４つの分割支持片からそれぞれなる場合、第２支持体を構成する４つの分割支持片は、反応室の底面から垂直上方へ延びる４本の支柱の上端にそれぞれ固定されていてもよい。 When the first support and the second support are each composed of four divided support pieces, the four divided support pieces constituting the second support are formed on the upper ends of the four columns extending vertically upward from the bottom surface of the reaction chamber. Each may be fixed.
また、第１支持体および第２支持体の形状・形態としては、上述のものに限定されず、例えば、第１電極および第２電極の縁のみをそれぞれ支持するような２つの枠状架台であってもよいし、さらには、これら２つの枠状架台が上下に連なって一体に形成されているものでもよい。 Further, the shape and form of the first support and the second support are not limited to those described above. For example, two frame-like mounts that support only the edges of the first electrode and the second electrode, respectively. Furthermore, these two frame-shaped mounts may be formed integrally in a row in the vertical direction.
このように、第１支持体および第２支持体の形状・形態は、第１電極および第２電極を互いに平行に支持することができ、かつ、第１電極および第２電極の少なくとも一方を摺動可能に支持することができれば、どのような形状・形態であってもよく、特に限定されるものではない。 As described above, the shape and form of the first support body and the second support body can support the first electrode and the second electrode in parallel with each other, and at least one of the first electrode and the second electrode is slid. As long as it can be movably supported, it may have any shape and form, and is not particularly limited.
また、この発明によるプラズマ処理装置において、第１支持体および第２支持体は、第１電極および第２電極の縁をゆるく係止する係止用突起をそれぞれ有し、各係止用突起は、第１電極および第２電極の各縁と各係止用突起との間に隙間が生じるように配置されていてもよい。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the first support and the second support each have a locking projection for loosely locking the edges of the first electrode and the second electrode. The first electrode and the second electrode may be arranged so that a gap is formed between each edge and each locking projection.
ここで、上述のように第１支持体および第２支持体をそれぞれ４つの分割支持片で構成する場合、各分割支持片には係止用突起を設けてもよい。また、上述のように第１支持体および第２支持体を２つの枠状架台で構成する場合、各架台の外周縁に沿って係止用突起が突出していてもよい。 Here, when each of the first support body and the second support body is constituted by four divided support pieces as described above, each divided support piece may be provided with a locking projection. Further, when the first support body and the second support body are configured by two frame-shaped mounts as described above, the locking projections may protrude along the outer peripheral edge of each mount.
また、第１支持体および第２支持体は絶縁物で構成されていてもよい。ここで、第１支持体および第２支持体を構成する絶縁物としては、例えば、ガラス、アルミナまたはジルコニアなどの絶縁性・断熱性に優れた耐熱材料を挙げることができる。また、第１電極および第２電極のいずれか一方を設置する場合には、その設置する側の支持体に導体を用いても構わない。 Moreover, the 1st support body and the 2nd support body may be comprised with the insulator. Here, as an insulator which comprises a 1st support body and a 2nd support body, the heat-resistant material excellent in insulation and heat insulation, such as glass, an alumina, or a zirconia, can be mentioned, for example. Moreover, when installing any one of a 1st electrode and a 2nd electrode, you may use a conductor for the support body of the installation side.
また、第１電極および第２電極と第１支持体および第２支持体とは、１つの反応室内に複数対ずつ設けられてもよい。 Further, a plurality of pairs of the first electrode, the second electrode, the first support, and the second support may be provided in one reaction chamber.
第１電極および第２電極は、上記の支持方法によって重力方向に自由撓みを生じるが、その自由撓みの大きさすなわち沈下距離は、上記のように、第１電極と第２電極との間隙距離（電極間距離）の１％以上であるのが好ましい。 The first electrode and the second electrode are free to bend in the direction of gravity by the above support method. The magnitude of the free bend, that is, the subsidence distance, is the gap distance between the first electrode and the second electrode as described above. It is preferably 1% or more of (distance between electrodes).
薄膜を形成する基板は、第１電極および第２電極の間に設置され、十分に薄く、第１電極および第２電極の撓みに沿うものとする。基板には、表面に透明導電膜を塗布したガラス基板等の使用が考えられ、基板は、搬送しやすいように第１電極および第２電極と同一の材料等でできたトレー７に設置して取り扱っても構わない。トレー７の平面寸法は、基板と同一であるか、あるいは少し大きくてもよい。
The substrate on which the thin film is formed is placed between the first electrode and the second electrode, is sufficiently thin, and follows the bending of the first electrode and the second electrode. The substrate may be a glass substrate with a transparent conductive film coated on the surface, and the substrate is placed on a
また、この発明は別の観点からみると、上述の１つの観点によるプラズマ処理装置を用い、薄膜を形成すべき基板を第１電極および第２電極の撓みに沿うように撓ませて両電極の間に配設し、反応室内に反応ガスを供給し、第１電極および第２電極間に高周波電力を印加して、基板表面に半導体薄膜を形成するプラズマ処理方法を提供するものでもある。 From another viewpoint, the present invention uses the plasma processing apparatus according to the above-described one aspect, and bends the substrate on which the thin film is to be formed along the deflection of the first electrode and the second electrode. There is also provided a plasma processing method for forming a semiconductor thin film on a substrate surface by providing a reactive gas in a reaction chamber and applying a high frequency power between a first electrode and a second electrode.
以下に、この発明の実施形態によるプラズマ処理装置について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態において、共通する部材には同じ符号を用いて説明する。 Hereinafter, a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, common members will be described using the same reference numerals.
〔実施形態１〕
この発明の実施形態１による薄膜製造用プラズマ処理装置を、その全体構成を示す図１に基づいて説明する。
A plasma processing apparatus for manufacturing a thin film according to
図１に示されたように、実施形態１による薄膜製造用プラズマ処理装置１００は、チャンバー１５と、チャンバー１５内に反応ガスを導入するためのガス導入部２８と、チャンバー１５内の反応ガスを排気するための排気部２９と、チャンバー１５内に高周波電力を印加するための高周波電源部３０とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
チャンバー１５内には、平板状の長方形アノード電極（第１電極）４と、平板状の長方形カソード電極（第２電極）１２と、これら両電極４・１２を互いに平行にかつ摺動可能に支持するための第１支持体６・第２支持体５とが配置されている。カソード電極１２は、シャワープレート２および裏板３を有するとともに、アノード電極４に対向して設けられている。
In the
ここで、チャンバー１５は、平面形状が長方形であって、本体部９と扉部８とからなる。本体部９と扉部８とはいずれも、ステンレス鋼またはアルミニウム合金などで製作することができる。本体部９と扉部８との嵌合部分はＯリング（図示せず）などを用いて密閉されている。
Here, the
チャンバー１５には、排気管２０、真空ポンプ２１および圧力制御器２２からなる排気部２９が接続されており、チャンバー１５内を任意の真空度に制御することができるように構成されている。
The
チャンバー１５の本体部９の長方形底面にはそれぞれの隅部の近傍に１つずつ第１支持体６が設けられ、これらの第１支持体６の上にアノード電極４が載置されている。第１支持体６は、後述の理由により、４つの小ブロック状の分割支持片から構成され、これら４つの分割支持片でアノード電極４の４隅がそれぞれ支持されている。
On the rectangular bottom surface of the
アノード電極４の寸法は、成膜すべき基板１の寸法に応じた適切な寸法に設定されている。実施形態１では、基板１の平面寸法を９００×５５０ｍｍ〜１２００×７５０ｍｍに設定し、これに対するアノード電極４の平面寸法を１０００×６００ｍｍ〜１２００×８００ｍｍに設定し、厚みを１０〜５０ｍｍに設定した。
The dimension of the anode electrode 4 is set to an appropriate dimension according to the dimension of the
アノード電極４は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどで製作することができるが、実施形態１ではアルミニウム合金が用いられている。 The anode electrode 4 can be made of stainless steel, an aluminum alloy, carbon, or the like, but in the first embodiment, an aluminum alloy is used.
アノード電極４は、中空構造となっており、その中空部分に加熱器（シースヒーター）２４が内蔵されている。アノード電極４には、中空構造とするための機械加工により加工歪みが残留している。このため、アノード電極４には、使用に先立って、焼き鈍し処理により加工歪みの除去が行われる。この焼き鈍し処理は、熱電対２５などの密閉型温度センサーを使用して行われる。また、焼き鈍し処理は、アノード電極４として使用する金属により処理温度が異なるが、アルミニウム合金を使用した場合には、一般に３４５℃に保持した後に徐冷する温度サイクルが用いられる。
The anode electrode 4 has a hollow structure, and a heater (sheath heater) 24 is built in the hollow portion. In the anode electrode 4, machining strain remains due to machining for forming a hollow structure. For this reason, the processing strain is removed from the anode electrode 4 by annealing before use. This annealing process is performed using a sealed temperature sensor such as a
アノード電極４は、第１支持体６に載置されているだけで、ネジ留めなどによる固定はなされていない。これにより、アノード電極４は、加熱されて膨張しても、その膨張分だけ第１支持体６上を摺動することができるので、膨張分が逃がされ、重力による自重で下方へ自由に撓むことができる。
The anode electrode 4 is merely placed on the
なお、アノード電極４とチャンバー１５とは、４枚の接地板によって電気的に接続されている。すなわち、接地板は、幅１０〜３５ｍｍ、厚さ０．５〜３ｍｍのアルミニウム板から製作され、アノード電極４の４隅にそれぞれ取り付けられている。
The anode electrode 4 and the
カソード電極１２は、シャワープレート２と裏板３とからなる中空状の電極である。シャワープレート２と裏板３とはいずれも、ステンレス鋼、アルミニウム合金などから製作することができるが、アノード電極４と同一の材質から製作するのが好ましく、実施形態１ではアルミニウム合金が用いられている。
The
カソード電極１２の寸法は、成膜すべき基板１の寸法に応じた適切な寸法に設定されている。実施形態１では、カソード電極１２は、その平面寸法を１０００×６００ｍｍ〜１２００×８００ｍｍに設定し、厚みを１０〜５０ｍｍに設定することで、アノード電極４と同一の寸法にされている。
The dimension of the
カソード電極１２は、その内部が中空であり、反応ガス管２３を介してガス導入部２８に接続されている。ガス導入部２８から反応ガス管２３を通じてカソード電極１２の内部へ導入された反応ガスは、カソード電極１２のシャワープレート２に形成された複数の孔からシャワー状に放出される。
The
シャワープレート２の複数の孔は、それぞれの直径が０．１〜２．０ｍｍであって、隣接する孔どうしの間隔が数ｍｍ〜数ｃｍピッチとなるように形成されていることが望ましい。
It is desirable that the plurality of holes of the
カソード電極１２におけるシャワープレート２には、機械加工による加工歪みが残留していることから、使用に先立って焼き鈍し処理による加工歪みの除去が行われる。この焼き鈍し処理は、カソード電極１２およびシャワープレート２として使用する金属により処理温度が異なるが、これらにアルミニウム合金を使用した場合には、一般に３４５℃に保持した後に徐冷する温度サイクルが用いられる。
Since the processing strain due to machining remains in the
カソード電極１２におけるシャワープレート２は、チャンバー１５の本体部９の底面から上方に離れた４つの隅部に１つずつ設けられた合計４つの第２支持体５の上に載置されている。第２支持体５は、ガラス、アルミナまたはジルコニアなどから製作することができ、実施形態１ではアルミナまたはジルコニアが用いられている。
The
カソード電極１２は、そのシャワープレート２が第２支持体５の上に載置されているだけであり、ネジ留めなどによる固定はなされていない。これにより、カソード電極１２は、加熱されて膨張しても、その膨張分だけ第２支持体５の上を摺動することで膨張が逃がされ、重力によって自重で自由に撓む。
The
アノード電極４とカソード電極１２とが自重で自由に撓むときの撓み量すなわち沈下距離は同一であり、両電極４・１２の最大撓み量すなわち最大沈下量も同一となる。長辺長さ約１０００ｍｍ、短辺長さ約６００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのカソード電極１２を使用した実施形態１では、カソード電極１２の最大撓み量は、約１．２ｍｍになる。これは、実施形態１で使用したアノード電極４とカソード電極１２との設定間隙（電極間距離）である１０ｍｍの１２％となっている。
When the anode electrode 4 and the
アノード電極４とカソード電極１２との対向間隔の公差（間隔精度）は、設定値の数％以内であることが望ましい。成膜条件により変化はするが、アノード電極４とカソード電極１２との対向間隔の公差が設定値の４％以上になると、±１０％以上の膜厚ムラあるいは成膜不可領域が発生するからである。この対向間隔の公差は実施形態１では１％以内に収められている。
The tolerance (interval accuracy) of the facing distance between the anode electrode 4 and the
実施形態１では、長さが約１０００ｍｍｘ約１０００ｍｍであって厚さが約２ｍｍである正方形ガラス基板１を用い、このガラス基板１を、移動が簡単なように、同一寸法で厚さ１．０ｍｍのアルミニウム合金製正方形トレー７の上に載置した状態でアノード電極４の上に配置した。アノード電極４に対して、ガラス基板１とトレー７とは、十分に薄くて軽く、また剛性がより低いため、アノード電極４の撓みに沿って設置されたときに、アノード電極４の撓みを増加させることはほとんどない。
In the first embodiment, a
カソード電極１２には、プラズマ励起電源１０とインピーダンス整合器１１とからなる高周波電源部３０が電力導入端子２７を介して接続されている。そして、高周波電源部３０によって高周波電力が印加されるようになっている。プラズマ励起電源１０は、ＤＣ〜１０８．４８ＭＨｚの周波数で１０Ｗ〜１００ｋＷの電力を使用する。実施形態１では、１３．５６ＭＨｚ〜５４．２４ＭＨｚの周波数で１０Ｗ〜１００ｋＷの電力が使用されている。
A high frequency
以上のような構成からなる実施形態１による薄膜製造装置１００に、Ｈ2で希釈したＳｉＨ4からなる反応ガスを所定の流量と圧力とでカソード電極１２を介して導入し、カソード電極１２とアノード電極４との間に上記高周波電力を印加してグロー放電を発生させる。これにより、基板１表面に膜厚３００ｎｍのシリコン薄膜が成膜時間１０分、膜厚分布±１０％以下で堆積される。A reactive gas composed of SiH 4 diluted with H 2 is introduced through the
〔実施形態２〕
この発明の実施形態２による薄膜製造用プラズマ処理装置を、図４に基づいて説明する。実施形態２によるプラズマ処理装置２００は、１つのチャンバー９の内部に、２組のアノード電極４・カソード電極１２と２組の第１支持体６・第２支持体５を設けて、２段構成としている。[Embodiment 2]
A thin film manufacturing plasma processing apparatus according to
具体的には、１段目の第１支持体６により支持された１段目のアノード電極４の上方に１段目のカソード電極１２(１段目の第２支持体５により支持されている)が配置されている。そして、この１段目のカソード電極１２の上方に、２段目のアノード電極４を支持するための２段目の第１支持体６が設けられている。このような２段構成により、２組のアノード電極４・カソード電極１２が上下に配置されている。
Specifically, the first-stage cathode electrode 12 (supported by the first-stage second support body 5) is provided above the first-stage anode electrode 4 supported by the first-stage first support body 6. ) Is arranged. A second stage
実施形態２では、プラズマ処理装置２００を２段構成のものにしたが、プラズマ処理装置は、同様の構成を繰り返すことにより３段以上の構成にすることも可能である。
In the second embodiment, the
なお、チャンバー１５、ガス導入部２８、排気部２９、高周波電源部３０、各アノード電極４、各カソード電極１２、各第１支持体６および各第２支持体５などの各部構成は実施形態１と実質的に同一である。
In addition, each part structure, such as the
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